Ondes espace-temps venues aux confins de la galaxie
Les scientifiques ont détecté des ondes gravitationnelles, ces ondulations de l’espace-temps, issues d’une collision cosmique où deux trous noirs se sont enroulés l’un autour de l’autre au-delà des limites de la Voie lactée.
Chacun de ces trous noirs pesait plus de 100 fois la masse de notre Soleil, et leur fusion a donné naissance à un nouveau trou noir encore plus massif, situé à environ 10 milliards d’années-lumière de la Terre. Cet événement dépasse tout ce que nous avions observé et soulève de nouvelles questions sur la formation de ces objets d’une masse incroyable.
« Ce sont les événements les plus violents que nous puissions observer dans l’univers, mais quand les signaux atteignent la Terre, ce sont les phénomènes les plus faibles que nous pouvons mesurer. À ce stade, ces ondulations sont presque imperceptibles. »
Un miracle d’une fraction de seconde
Le moment clé s’est produit le 23 novembre 2023, vers 13h55 heure britannique. Les deux observatoires américains Ligo – l’un dans l’État de Washington, l’autre en Louisiane – ont simultanément détecté une légère ondulation de l’espace-temps, à peine perceptible, qui n’a duré qu’une fraction de seconde. C’était la « phase de décroissance », lorsque le nouveau trou noir a littéralement « vibré » avant de se stabiliser.
L’analyse détaillée a révélé des résultats impressionnants : les deux trous noirs en collision pesaient 103 et 137 masses solaires, et tournaient à une vitesse incroyable, 400 000 fois plus vite que la rotation de la Terre – proche de la vitesse maximale permise par la physique.
« Ce sont les trous noirs les plus massifs que nous ayons jamais mesurés précisément grâce aux ondes gravitationnelles, et ils sont étranges car ils se situent dans une plage de masse où, pour diverses raisons physiques, on ne s’attendrait pas à trouver des trous noirs. »
Nouveaux trous noirs – issus d’anciennes fusions ?
La plupart des trous noirs se forment quand une étoile manque de carburant et s’effondre sous sa propre gravité. L’espace-temps se courbe tellement que même la lumière ne peut s’échapper – c’est l’horizon des événements.
Mais les chercheurs de Ligo suspectent que ces trous noirs observés récemment sont déjà le fruit de fusions antérieures. Cela expliquerait leur taille et leur rotation rapide, car les fusions font naturellement tourner l’objet nouvellement formé.
« Nous avions déjà des indices, mais c’est l’exemple le plus extrême où cela semble vraiment s’être produit », précise Hannam.
Un record cosmique battu
Jusqu’à présent, environ 300 fusions de trous noirs ont été détectées grâce aux ondes gravitationnelles. Le précédent record concernait un trou noir d’environ 140 masses solaires – mais cette fois, un objet pouvant atteindre 265 fois la masse du Soleil est né. Les détails seront présentés à la conférence GR-Amaldi à Glasgow, le 22 juillet.
Les ondes gravitationnelles ouvrent une nouvelle fenêtre sur l’univers
Avant la découverte des ondes gravitationnelles, les astronomes étudiaient le cosmos uniquement via les rayonnements électromagnétiques – lumière visible, infrarouge, ondes radio. Désormais, des événements jusque-là invisibles deviennent accessibles.
« En science, souvent, un nouveau regard sur l’univers révèle des choses inédites et change complètement notre vision du monde. Avec nos nouveaux détecteurs prévus dans les 10 à 15 prochaines années, nous pourrons observer toutes les fusions de trous noirs dans l’univers, et peut-être même des surprises que nous ne pouvons pas encore imaginer. »
